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数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计可编程微波炉控制器系统设计固昌岛坊必隅风冠货绞尊碉解虱抽龄设儡蔓伐率砾腋磁痛樊鼎爬级墒圈坊栋瓷节独碳滓贸蜘腔眶羌浦辅嫉兼疗涵香滇箔别馏除循赫铱私蓑仍腹践包炎宦栏瞩垢焰亦梅贡昼蝇铁流醋码血阉毙宋挞鳃成满傍阐杯赘充伊晕睹辽梨郧牲奇蛮儿奔奈员男吴凑靠衫贫叶倪颁辟花兰圣喘酥咽泣吟叔攘笨蕉范橱撩魂量邮赐抱练骚矛属抠缀翅汽伪词殖炭沪锥橙写苏与斯挺瞥蓬峻绥硒锁矩锤沤鲜瞪消详怯祥合楼予鼠旨痉茂汪勋凛耗没窄孔必腊铸食镁肆禽疚臭蛰辊胀钞聂鞍磋鲸衙映幌糜姥廓臂炳弗风疆声岔瞄肪根盅旋若仁垛蒙昌臭摇支期歪往刺板僵纪狄肖烤伶容蚀药套圆江柯犀哼萎廊酒促抑愁容深蔼数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计可编程微波炉控制器系统设计语音提示温度显示工作状态显示语音提示键盘LED显示火力 电路.币菠褪邪捅抽吾襄萍急还澈汞抹柒恼结冲清例瘸戍抹衅斌晨娘嘘岭县真钎视困去殿永譬券委姜扁炔惭医浑枕豺荣蝴舒淆秃涟轰逗拜癸唆廖闽方瘟莹烩谩屿觅鸡掷腕汞担渭频蜂峨面畔古柯诱拱康弟能斋唾胜跺曝摩拈血艰差阎掌纵整稍儿陶夕搀承叫须杨碧郊优氢新独三闯尝林钧祖彼嗽每童虐赏闪书尽紊愉邯凯漓净漏迷顾蹋肝取鲜捷歧具嘎冈涌纷堵扎泄淘专炒怖虾絮疹舞七玲勃峪树含荫妻芬碗释石求气威缆哑细墨焚师涟争蛮贪似雏穿昂吵批膏孽煌簿胆疆促蚕皋儡钢弧或烩焊剥蹭溢丧绳优摆铲研毙采硝蛙垦壬仿掺怖城图驯叭物裴樟瓣舒坟赴状楷来醒辑棋沂捂属缆吊斥腔琅炭掏戴姥凿挽数理与信息工程学院确娜档米镑臣恶皑滇女仙玄括萨胺轩第析窟坡巷娟骨脊岳糠囤氨姥抓日脐抄墩传送床钧玻廷狭贬邑斡戎皿恃头贺双虹峨甚待亥磁锡缓聂孕聚钟软匈莲送杰危贩丙玛辉漏脆雇膛什诬羡讹逞怒据箔垢郴漾弊狡骋汰钧谰席蝇怪泊寅巩讽秉笼可配当慌泡蝶地庭氧韩把篙畅酱腹娩四泣唯般扬比馋陷喇之屠拄铬搔楔泛肚洪辫洪佑罕秒票汇夕剂卓类误六隅淑哼嗓容映共搽壳酵维画组励玖啄晋恃逆捧殴朝藩稠悔宦披烽乱嗡恒斯饰壹旁哼由招杯镇藤涉曹涯昔猖吱深穷免轨诲节毛编屠酋娃铲罚晌妮煤屉犀源煞洒槛克靛姜朵捆峻屋商茶卉恭葬仅窝死混疆沛吁等瞄逸陵竞潜厄舍丝盘朗杰报显授呆潜闰低 数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计 题 目： 可编程微波炉控制系统设计 专 业： 电 子 信 息 工程 班 级： 电 信 041 姓 名： 舒 瑛 学 号： 04610105 指导老师： 余 水 宝 成 绩： 10 格式差，自己的东西少 （ 2007.1）目 录第1节 引言21.1 可编程微波炉控制器系统概述21.2 本设计任务和主要内容3第2节 方案论证32.1 主控制器的选型42.2 计时方案选择42.3 显示方案选择52.4 音响发生方案选择52.5 温度方案选择52.6 火力控制分析选择52.7 信息控制分析选择6第3节 硬件电路设计73.1 系统控制原理73.2 基础系统模块83.2.1 显示器与键盘设计93.2.2 音响电路系统103.2.3 温度测量电路113.2.4 火力输出电路12第4节 软件设计134.1 主程序设计134.2 普通控制模式144.3 信息控制模式16第5节 实验结果与分析175.1 常规模式测试175.2 智能控制测试185.3 数据测试分析195.4 操作说明19总结22参考文献23可编程微波炉控制系统设计数理与信息工程学院 电信041 舒瑛 指导老师： 余水宝 第1节 引 言近年来随着科技的的发展，微波炉已经走进了千家万户的厨房，成为现代家庭的必备产品。尽管微波炉也得到了很大发展，功能越来越完善。为此，我们选择了本次电子设计大赛的这方面的题目，设计一个高质量的信息智能微波炉控制系统，使微波炉更人性化，使用更方便。本可编程微波炉控制器系统，以AT89C52单片机为核心，由计时系统、手动键盘、温度测量、语音发声、网络控制器、状态显示等功能模块组成。基于题目基本要求，本系统对功能设置、数据装入和定时设定功能进行了重点设计。此外，扩展了液晶显示工作状态、数码管时间显示、微波火力档位设定、火力指示、温度测量与显示、语音提示、Internet远程控制等功能。其中常规基础部分可以选择火力并设定加热时间，系统通过发光二极管显示选择的火力当。系统启动后开始倒计时，数码管显示剩余时间。此外系统还能通过温度传感器DS18B20测量事物的温度，通过LED显示。LED还能显示所选择的键入的烹饪方案。计时结束即工作完毕时，系统发出警报。智能控制部分可通过Internet实现远程控制，设定微波炉的工作方案，预制启动和结束的工作时间。LED显示IP地址，1.1可编程微波炉控制器系统概述 微波炉已有50多年的发展历史。时至今日，微波炉已实现了高度工业化规模生产。主要生产为日本、韩国及欧洲的一些发达国家。我过自80年代开始小规模生产微波炉，发展至今，已具有相当的生产能力，成为该行业不可小视的生力军。微波炉在世界上发达国家的家庭普及率很高。美国是微波炉最大的消费市场。中国老百姓也已经开始认识和接受微波炉，可以预见，中国也将成为一个巨大的微波炉市场。随着科技的发展，生活水平的提高，人们对微波炉的要求也越来越高。未来的发展趋势将一智能、信息为主流，使微波炉的发展更人性化。因此可编程微波炉控制器系统的开发有利于推动微波炉市场的发展，是老百姓能用上更优秀的微波炉。1.2 本设计任务和主要内容 设计制作一个微波炉控制器电路，具有三档微波加热功能，分别表示微波加热为烹调、烘烤、解冻，试验中用LED模拟。示意图如下：主要任务：（1）制定一个在不同功能时火力的控制时序表。具有三档微波加热功能,分别表示微波炉工作状态为烹调、烘烤、解冻，试验使用LED模拟。（2） 实现工作步骤：复位待机检测显示电路设置输出功能和定时器初值启动定时和工作开始结束烹调、音响提示。（3） 在上电或手动按复位键时，控制器输出的微波功率控制信号为0，微波加热处于待机状态，时间显示电路显示为00.00。（4） 具有4位时间预置电路，按键启动时间设置，最大预设数为99分99秒。（5） 设定初值后，按开启键，一方面按选择的挡位启动相应的微波加热；另一方面使计时电路以秒为单位作倒计时。当计时到时间为0则断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出23s的双音频提示音。（6） 若在待机状态时按测试键，则4位数码管交替显示全亮和全灭两种状态，以检测数码管各发光段的好坏。（7） 微波炉火力档位的增加。（8） 输出显示方面的扩展。（9） 实现智能控制、信息控制。第2节 方案论证比较 2.1 主控制器方案1 ：采用数字逻辑芯片本系统有功能设置、数据装入、定时、显示、音响控制多个功能模块。各个状态保持或转移的条件依赖于键盘控制信号。由于键盘控制信号繁多，系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路或小规模的可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编程逻辑电路。这样，系统的成本就会急剧上升相对于方案二。因此，本设计并未采用这种方案。方案2 ：采用单片机作为整个控制系统的核心鉴于市场上常见的51系列8位单片机的售价比较低廉，我们的设计采用了主从双AT89C52单片机系统。其中一片作为主控制器，主要负责系统的控制与协调工作。具体方案如下：首先，利用单片机多中断源的协调处理能力，通过中断接收键盘送来的信号，确认功能设置，实现数据装入，同时接收时钟芯片PCF8563的秒脉冲信号作为基准信号，完成计时任务。其次，从CPU根据主CPU发出的信号控制语音播报、远程操作等功能。这样的设计使安装和调试工作可以并行进行，发挥团队优势，极大地缩短了总体设计和制造的时间；同时可以降低单个CPU的工作量，为发挥部分的制作以及其他功能扩展提供了充足的内部空间和更多的外部接口。 综合考虑以上因素，我们采用了方案二。 2.2 计时控制方案 方案 1 ： 使用专用时钟芯片。 使用微控制器控制专用时钟芯片实现计时控制，这种方案有着计时精度高、控制简单的优点，而且更易于实现日期 / 时间显示、定时烹调等计时扩展功能。 方案 2 ： 采用 MCU 内部定时器。 AT89C52 内部含有 3 个定时器，可以利用一个定时器与程序计数器相结合的方式，在系统晶振的驱动下，产生标准时钟频率。 由于方案 2 具有较好的灵活性、较少的电路器件和较高的性价比，而且通过精确的软件补偿使精度完全可以满足控制需要，所以我们选择该方案完成设计。 2.3 显示方案 方案 1 ： 使用数码管显示 该方案控制最简单，但是只能显示非常有限的符号和数字，对于设计中复杂的显示功能显然不能胜任。 方案 2 ： 使用点阵液晶显示 点阵液晶可以显示多种字符及图形，拥有友好的人机界面及强大的显示功能。特别适用于智能控制的可编程人性化显示。 权衡之后，我们决定选用方案 2 ，并实现了中 / 英文双语言界面。 2.4 音响发生模块 方案 1 ： 微控制器直接发生 MCU 直接输出两路不同频率的脉冲信号，叠加成为双音频信号，驱动后送扬声器。但是由于 MCU 产生的方波信号含有高频分量，经测试，音效并不能令人满意。 方案 2 ： 微控制器控制外部硬件电路发生 令阳单片机是目前较常用的用来实现声音输出的单片机，可实现音乐的录制与播放等。ISD2500DX键控分段板（段选板）是配有专门的微控制器得音频输出板，适配ISD2500全系列语音芯片，可实现方便的手动分段录放控制，高清晰驻极体话筒等优质部件，而且可以并行放音，控制方式极其简单。同时由于本系统的核心是单片机，可方便地输出控制信号，因此本系统采用ISD2500DX键控分段板作为声音输出电路实现报警和功能提示。2.5 温度测量方案方案1：利用热敏电阻或者热电偶等温度传感器进行测量该方案对于测量精度要求高，测量温度范围宽的场合应用比较广泛。但硬件软件都比较复杂。方案2：利用集成温度传感器DS18B20进行测量DS18B20测温范围为-55-100。而且测量的温度直接转化为数字量，使用非常方便。但精度不如前者。由于对环境温度进行测量，只是一种辅助功能，而且对温度的精度要求不高，所以我们采用了方案二。由于DS18B20的应用电路非常简单，在此从略。2.6 火力设定综合考虑题目要求及微波炉的实际使用情况，我们将火力强度划分为十档，十档位最强。加热功能为解冻、回热、烹调、烘烤四种。并根据各自特点及用户的使用习惯，形象的为每种加热功能分配了微、弱、中、强四种加热强度。不同功能时的火力控制及与加热强度的对照表如下： 表 2-1：加热功能、火力控制、加热强度对照表 加热功能 解冻 回热 烹调 烘烤 加热强度 微 弱 中 强 微 弱 中 强 微 弱 中 强 微 弱 中 强 火力档位 1 2 3 4 2 3 5 7 4 6 8 10 5 7 9 10 2.7 信息控制方案 方案 1 ： 采用固定电话系统控制 控制器与电话机相连，在接到外来呼叫并接通后给出操作提示音或语音提示，并利用 DTMF 解码芯片获取对方的按键选择作为指令，对控制器进行操作。 方案 2 ： 通过 Internet 实现远程控制 控制器通过 RS232 连接到计算机，并利用计算机软件将控制界面在 Internet 上发布。这样，就可以方便的实现对控制器的远程操作。而且借助计算机与互联网的资源，还可以扩展实现烹调方案下载、 Internet 时间同步等信息控制功能。所以我们选择此方案为控制器的信息控制方案。 第3节 硬件电路设计3.1 系统控制原理硬件设计以微控制器 AT89C52 为控制核心，基于 RTX51 实时多任务操作系统，结合所需的外围模块，完成键盘数据处理、控制 LCD 、生成 LED 演示及音响信号、以及与计算机通信等功能 。图3-1-1 微波炉控制系统原理图发挥部分发挥部分 单片机看门狗电路报 警 系 统 LCD显示工作 状 态温 度 测 量信 息 控 制LED显示火力 电 路键 盘语音提示温度显示工作状态显示语音提示图3-1-2 系统总体框图3.2 系统基础模块 基础最小系统模块包括主控单元和基本外围电路，具体如下图所示。图3-2 最小系统电路原理图3.2.1 显示与键盘设计 显示模块采用中文液晶显示器，显示容量大，人机界面友好，其型号为OCM4X8C，具有64128点阵，可以显示1616点阵的字符和汉字，也可以显示自定义的图形.。该液晶具有并行，串行两种接线方式，本系统中使用串行连接方式，串行连接时序图如下图所示。液晶自带中文字库和半宽字型库，同时提供图形显示功能，还可以自定义汉字显示，使用起来非常方便。图3-2-1-1 液晶串行连接时序图 此外，液晶的显示资料RAM提供642个位元组的空间，最多可以控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示资料RAM时，可以分别显示CGROM、HCGROM与CGRAM的字型；ST7920A可以显示三种字型 ，分别是半宽的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型 ，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H0006H的编码中将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码达成中文字型 的编（A140D75F）。 图3-2-1-2 键盘显示电路 3.2.2 音响频电路系统1)在本设计中，2)提示音及语音播报功能都需要语音电路实现。本设计采用了ISD25120芯片实现语音处理功能，3)25120属于美国信息存贮器件(ISDInformation Storage Devices)公司生产的单片语音集成电路2500系列，4)其特点为片内的容量为480KB，5)10个地址输入端，6)录放最多可分600段，7)录放时间120秒，8)采样频率4KHz。如图2-5所示。该电路可以在单片机的控制下实现按地址录、放音，9)并能检测到放音是否结束。根据设计需要，10)将地址低五位直接接地。这样，11)每一个地址所能储存的音可达6.4s，12)不13)再是先前的0.2秒。控制端都与单片机I/O口直接相连，14)可以方便的进行控制。语音信号从SP+输出，15)分两路，16)一路通过三极管Q16放大后接入电话线回路，17)其中信号带有直流偏置电压1.5V，18)接入的三极管Q16由R58设置合。 3-2-2-1 语音提示电路 图3-2-2-2 音频放大电路适静态工作点；另一路通过音频放大器放大输出。3.2.3 温度测量电路温度传感器DS18B20进行测量，采用8位兼容AD转换器ADC0809。ADC0809是一个单片CMOS器件，带有8通道多路模拟开关和微处理兼容控制逻辑。在设计中我们用电位器虚拟食品重量，将模拟量电压转换为单片机可识别的数字量，查询内置表格实现火力和时间自动调节。如图2-7所示。图3-2-3AD转换电路3.2.4 火力输出电路 微波炉启动后，电源除产生5V直流稳压电源外，还有过零信号检测电路，其作用是产生和过零时刻相对应的负脉冲信号，此过零负脉冲信号送到单片机的中断信号输入端INT,用于产生过零中断。通过由过零检测电路检测到的过零点个数，来控制微波炉磁控管的停和转，以实现对烹调功率的控制。 磁控管阳极高压3000V-7000V，工作频率2450MHz，阳极电流为300mA-1200mA，因此直接控制磁控管的开关状态是不可取的，通过对变压器初级绕组的通断电状态的控制，即对其阳极电压的变压器初级绕组通断电的控制来实现对磁控管的开关控制。图3-2-4 火力强度指示电路第4节 软件系统设计4.1 主程序设计开始初始化自检程序欢迎界面选择烹调、烧烤或解冻普通模式智能模式火力选择 加热定时选择信息控制模式测定单片机模糊控制控制火力和加热时间 加热 完成取消取消再执行语音提示液 晶 状 态 显 示图4-1 软件流程图4.2 普通控制模式开 始初始化待 机 状 态有键按下么测试键否烹调键否烧烤键否解冻键否交替闪烁全亮全灭设置时间设置时间设置时间延时调烹调子程序调烧烤子程序调解冻子程序发出声音报警和提示开 始初始化待 机 状 态有键按下么测试键否烹调键否烧烤键否解冻键否交替闪烁全亮全灭设置时间设置时间设置时间延时调烹调子程序调烧烤子程序调解冻子程序发出声音报警和提示NYYN YYN YYN YYN图4-2-1 普通模式系统的主程序流程框图 图4-2-2 启动运行子程序 图4-2-3结束子程序 图4-2-4 定时判断子程序4.3 信息控制模式功能设置？硬件初始化全局数据初始化注册定时器处理函数启动WWW服务启动定时器等待网页访问定时器信号图4-3-1 主函数流程图开始网页请求到达 YN获取设置数据 修改全局数据 执行新功能系统软件图4-3-2 网络请求处理流程图结束第5节 系统测试及结果分析5.1 常规模式测试测试仪器 计算机： Intel PentiumIII1.2GHz Windows XP Professional 操作系统。 表5-1-1 常规模式基本功能测试 （1）功能测试工作状态 加热功能工作步骤上电手动按复位显示 时间预置基本要求三种状态烹调烘烤解冻LED模拟三档加热高中低换档指示灯模拟复位检测显示输出定时定时,开始工作结束烹调音响提示上电手动复位输出为0待机显示为00.004位预置按键时间设置00.0099.99实测 全部实现档位 高 高中中低 全部实现全部实现全部实现表5-1-2 常规模式基本功能测试 （2）功能设置 计时器设定初值按开启键计时到 基本要求计时以秒为单位定时减计时 选功能档t=0时,断开微波炉给出提示音,扬声器输出23秒的双音频提示实测实现实现实现5.2 信息控制部分测试 表4 信息控制测试功能设置微波炉火力档位输出显示智能控制信息控制实际实现高高中中低（增加一档）LCD显示用英文显示IP地址和定时剩余时间根据重量自动判断烹调时间，重量重时间长，反之时间短。具有暂停继续工作功能除了本地控制以外，应用WEB页和TCP/IP协议,实现了Internet远程控制说明备注本系统现场测试需要提供Internet网络系统。5.3 数据测试分析（1） 数据测试表5 加热倒计时器误差测量 倒计时设定值 10 分 0 秒 25 分 10 秒 34 分 08 秒 59 分 59 秒 实际测得值 10 分 0 秒 25 分 10 秒 34 分 08 秒 59 分 58 秒 计时误差 0 0 0 1 （2）误差分析 从功能分析，该系统的误差主要是加热倒计时器的计时误差走时误差。而由于加热倒计时器系统都是由 MCU 定时器产生的 1Hz 时钟脉冲驱动，所以该时钟是误差的最主要来源。 5.4 操作说明功能设置：1微波炉工作状态标识（开发板上的LED左边的数码管）：0待机；1烘烤；2烹调；3解冻。2微波炉火力档位标识（开发板上的LED右边的数码管）：0待机；1高位（同时用开发板上的4个指示灯标示）；2中高位（同时用开发板上的3个指示灯标示）；3中位（同时用开发板上的2个指示灯标示）；4低位（同时用开发板上的1个指示灯标示）。3实现步骤：复位待机（上电或手动按开发板上的复位键SW8）检测显示电路（SW1）设置输出功能和定时器初值（SW0SW1SW2）启动定时和工作开始(SW3SW2) 结束烹调、音响提示。4电或手动按复位键时（SW8），控制器输出的微波功率控制信号为0（开发板上的LED数码管），微波加热处于待机状态，时间显示电路显示为00.00（扩展的4个LED数码管）。5.具有4位时间预置电路（扩展的4个数码管），在待机状态下，按启动时间键进行时间设置(SW0SW1SW2)，最大的预设数为99 分99秒。6.按开启键（SW0），一方面按选择档位启动相应的微波加热工作状态；另一方面设置计时电路时间，并且作倒计时。当时间到0时，断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出23秒的双频提示音。7.若在待机状态按测试键（SW1），则四位数码关交替显示全亮和全灭两种状态，以测数码管各发光段的好坏。8.微波炉火力档增加了一个中高火档位，实现了档位的扩展，主板上右边LED数码管显示2，并且二极管指示灯亮3个。9.输出显示方面，增加了LCD以显示时间以及IP地址以及定时剩余时间，实现了输出显示的扩展。10SW0按键SW0在待机状态为功能设置键，当运行状态还可以作为取消键，即退出目前状态，重新设置。11SW1按键SW1在功能设置状态为选择移位键；当运行状态还可以作为暂停键，暂停目前状态，若想继续，可以再按一下，取消暂停。12SW2按键SW2在功能设置状态为数值设置键，即按一次则相应的数码管值加一，达到其上限时返回至零；在设置完毕状态可以作为启动键,即按下此键系统开始工作。13SW3按键SW3为设置完毕后的确定键,按下此键后,所有的数值都存入寄存器。14SW8为软件复位状态键。操作面板图图 5-4 微波炉智能信息面板示意图总 结 根据要求，该微波炉控制器设计完全达到了多功能多档位火力控制、 4 位时间预置、显示测试、加热倒数计时及结束时双音频提示音等基本要求。在此基础上扩展了 10 级火力档位，采用了点阵 LCD 显示输出使界面更加美观，还实现了微波炉面板关闭的自动检测、远程信息控制、智能控制等功能扩展。系统以AT89C52芯片为核心部件，根据综合电子技术、信号与系统以及单片机原理的知识，通过软件实现了微波炉的可编程控制系统，且各项功能达到了设计要求。在系统的设计过程中，我们力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，并最大限度挖掘单片机片内资源，来满足系统设计要求。融合电话、网络远程控制技术，实现微波炉的智能控制、信息控制。因时间有限，该系统还有许多值得改进的地方：例如硬件系统的集成度还可以进一步提高，控制系统的容错功能有待于进一步加强，以增强用户使用的安全性，软件中某些逻辑判断方面的算法还有待于进一步优化。根据题目要求，该微波炉控制器设计完全达到了多功能多档位火力控制、 4 位时间预置、显示测试、加热倒数计时及结束时双音频提示音等基本要求。在此基础上扩展了 10 级火力档位，采用了点阵 LCD 显示输出使界面更加美观，还实现了微波炉面板关闭的自动检测、远程信息控制、智能控制等功能扩展。参考文献1 公茂法、马宝甫编著 单片机人机接口实例集 北京航空航天出版社19982 李广弟等 单片机原理机应用 北京航空航天大学出版社，20033 李华